纳微气泡界面介尺度结构定向调控生成活性氧的基础研究

Reactive oxygen species (ROS) oxidation technologies based on nano and micro bubbles (NMB) have gradually become alternative green approaches for the leaching of valuable metals in hydrometallurgy. Intensifying the formation of ROS including oxidative oxygen anions and free radicals to enhance the reactivity of the media is of great importance for the development of ROS oxidation platform technologies. Focus on the shrinkage and collapse of NMB to generate ROS, a typical meso scale behavior, and the mechanisms of the formation of NMB interfacial mesostructure and the generation of different ROS, a typical meso scale scientific topic, the interfacial water/water and water/ion interactions, the charge distribution at the bubble interphase, and the effects of external fields on the NMB interfacial mesostructures as well as the generation of ROS will be systematically investigated, providing fundamental information for the establishment of directive controlling strategies for the generation of ROS, and theoretical foundations for the green hydrometallurgical technology upgrade in China.

基于气泡纳微化原理的活性氧氧化技术已逐渐成为湿法冶金行业有价金属氧化浸出的绿色替代技术，强化介质中活性氧负离子/自由基的生成，提高介质反应活性是活性氧氧化技术的重要研究内容。本项目着眼于纳微气泡可收缩爆裂生成活性氧粒子这一典型介尺度行为，聚焦于纳微气泡界面结构生成机制及不同种类活性氧生成机理这一典型的介尺度科学问题，系统研究纳微气泡界面水分子间及与其它分子/离子间相互作用、气泡表面电荷分布规律、外场作用等因素对纳微气泡界面介尺度结构、变化规律及活性氧生成机制的影响，为建立活性氧粒子量化调控方法提供科学基础，为推动我国湿法冶金清洁生产技术的绿色升级提供理论依据。

纳微气泡的自发收缩、爆裂可大幅增加介质中高氧化活性氧负离子/自由基的含量，为明晰转化过程中气泡界面介尺度结构及其稳定性调控规律，本项目聚焦于纳微气泡界面结构生成机制及不同种类活性氧生成机理这一典型的介尺度科学问题，采用分子动力学模拟探明了纳微气泡界面介尺度氢键网络结构，解析了不同阴阳离子对界面结构的影响，初步建立了界面结构与活性氧生成的调控关系；采用化学分析、光谱分析方法，结合高速摄像技术，揭示了微泡在不同介质中的迁移及聚并规律，并通过涡流搅拌的方法研究了微泡激发生成活性氧的调控规律，初步掌握了活性氧量化调控的方法。通过系统研究纳微气泡爆裂生成活性氧对于典型氧化过程的强化作用，形成了基于纳微气泡界面介尺度结构调控的化工冶金高级氧化新理论，支撑了活性氧强化氧化新技术的发展，推动了我国湿法冶金清洁生产新技术的绿色升级。